版化学名师讲练大一轮复习鲁科新高考地区专用版素养提升专项练 三.docx
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版化学名师讲练大一轮复习鲁科新高考地区专用版素养提升专项练三
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素养提升专项练(三)
(建议用时40分钟)
1.(2020·济南模拟)由硫铁矿(主要成分:
FeS2和SiO2)为主要原料得到绿矾(FeSO4·7H2O)的流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.过程1废气中含SO2
B.过程2试剂a为稀硫酸
C.过程3离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O
2Fe2++S
+4H+
D.过程4将溶液加热到有较多固体析出,再用余热将液体蒸干,可得纯净绿矾
【解析】选D。
硫铁矿高温煅烧后的烧渣中含Fe2O3和SiO2,Fe2O3能溶于硫酸,溶液中含Fe3+,过程2过滤除去二氧化硅,滤液中通入SO2,生成FeSO4,过程4为蒸发浓缩、冷却结晶析出绿矾。
过程1的废气中含SO2,A正确;因绿矾的酸根离子为硫酸根离子,则过程2用硫酸来溶解烧渣,B正确;过程3中二氧化硫将铁离子还原生成硫酸亚铁,离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O
2Fe2++S
+4H+,C正确;过程4,将溶液加热到有较多固体析出,再用余热将液体蒸干,蒸干时绿矾受热失去结晶水,得不到纯净绿矾,D错误。
2.工业上用含有少量氧化铁杂质的废铜粉为原料,制取硫酸铜的主要过程如图所示:
下列有关说法不正确的是( )
A.“过量酸”不适合用硝酸或浓硫酸,固体B可以用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3
B.通入的气体A可以是O2或Cl2
C.通入气体A之前的混合溶液中存在的阳离子是Fe2+、Cu2+、H+
D.将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热,可制得无水硫酸铜
【解析】选B。
制取硫酸铜,“过量酸”应为稀硫酸,若用硝酸,会引入硝酸铜杂质;若用浓硫酸,会产生SO2污染空气,加入固体B的作用是调节溶液的pH,使Fe3+变为沉淀而除去,为了不引入新的杂质,可选用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,A正确;向混合溶液中通入气体A的作用是将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子,气体A为O2,若用Cl2会引入氯化铜杂质,B错误;废铜粉与稀硫酸反应:
Fe2O3+6H+
2Fe3++3H2O,2Fe3++Cu
2Fe2++Cu2+,由于稀硫酸过量,因此通入气体A之前混合溶液中存在的阳离子为Fe2+、Cu2+、H+,C正确;将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热,晶体将失去结晶水,得到无水硫酸铜,D正确。
3.以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示:
硼镁泥的主要成分如下表:
MgO
SiO2
FeO、Fe2O3
CaO
Al2O3
B2O3
30%~
40%
20%~
25%
5%~
15%
2%~
3%
1%~
2%
1%~
2%
回答下列问题:
(1)“酸解”时应该加入的酸是________,“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。
(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是________________、__________________。
(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是 ___________________________。
(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是 ________________________________。
【解析】
(1)流程制备的是MgSO4·7H2O,为了不引入杂质,因此所用的酸是硫酸;根据硼镁泥的成分,SiO2不与硫酸反应,因此滤渣1为SiO2;
(2)硼镁泥中含有FeO,与硫酸反应后生成FeSO4,次氯酸钙具有强氧化性,能把Fe2+氧化成Fe3+,氧化镁的作用是调节pH,使Al3+和Fe3+以氢氧化物形式沉淀出来,除去Fe3+和Al3+;
(3)除杂是除去的Fe3+和Al3+,因此验证Fe3+就行,方法是取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液,若溶液未变红,则说明除杂完全;
(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出。
答案:
(1)H2SO4 SiO2
(2)将Fe2+氧化为Fe3+ 调节溶液pH,使Fe3+、Al3+以氢氧化物沉淀的形式除去
(3)取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液,若溶液未变红,则说明除杂完全
(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出
4.硫酸厂烧渣(主要成分是Fe2O3,其次含少量的SiO2和FeS)经回收处理可制得绿矾(FeSO4·7H2O)和一种重要的水处理剂聚铁胶体[Fe(OH)SO4]n,上述生产工艺流程如下:
请通过分析回答下列相关问题:
(1)操作Ⅰ的名称是________。
(2)灼烧产生的尾气对大气有污染,因此工业生产中必须进行回收处理,下列方法可行的是__________。
A.直接用水吸收
B.用氨水吸收
C.用浓硫酸吸收
D.与空气混合用石灰石粉末悬浊液吸收
(3)操作Ⅲ经蒸发浓缩、______、过滤、________、干燥等。
(4)在由溶液X制聚铁胶体过程中①调节pH及②控制温度的目的是______________________。
(5)检验溶液X中金属阳离子所加试剂是________,其现象是____________________。
(6)溶液X转化为溶液Y需加入一种常见物质是________。
(7)在反应釜中FeS、O2及稀硫酸反应生成硫酸铁等物质,则反应的离子方程式是 __________________________________________。
【解析】
(1)操作Ⅰ将固体和液体分离,是过滤;
(2)烧渣中含有FeS,燃烧生成SO2,污染空气,SO2用碱液吸收,直接用水吸收,效果差,A不可行;用氨水吸收,效果好,B可行;浓硫酸与SO2不反应,C不可行;与空气混合用石灰石粉末悬浊液吸收可以转化为石膏,D可行。
(3)操作Ⅲ从溶液中得到绿矾晶体,经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。
(4)Fe3+易水解形成胶体,在由溶液X制聚铁胶体过程中①调节pH及②控制温度的目的是促使Fe3+充分水解并形成聚铁胶体;(5)溶液X中金属阳离子是铁离子,检验所加试剂是KSCN溶液,其现象是溶液变为红色;(6)溶液X转化为溶液Y是将铁离子还原为亚铁离子,在不引入杂质的情况下,最好加入铁粉;(7)在反应釜中FeS、O2及稀硫酸反应生成硫酸铁、硫单质和水,其反应的离子方程式是4FeS+3O2+12H+
4Fe3++4S↓+6H2O。
答案:
(1)过滤
(2)BD
(3)冷却结晶 洗涤
(4)促使Fe3+充分水解并形成聚铁胶体
(5)KSCN溶液 溶液变为红色 (6)Fe(或铁粉)
(7)4FeS+3O2+12H+
4Fe3++4S↓+6H2O
5.金属钴是一种非常稀缺的战略资源,工业上通过电解法从中回收钴,废旧硬质合金刀具主要含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁。
工艺流程简图如下:
已知:
金属离子
开始沉淀pH
沉淀完全pH
Co2+
5.6
9.5
Fe2+
7.6
9.7
Fe3+
2.7
3.7
请回答下列问题:
(1)净化过程加双氧水的目的是______________________。
(2)通氨气的目的是调节溶液的pH,除去铁元素。
由表中的数据可知,理论上可选择的pH最大范围是________。
(3)加入NH4HCO3溶液发生反应的离子方程式是 ______________________。
(4)实验室洗涤过滤得到CoCO3沉淀的操作是 ______________________。
(5)CoCO3焙烧的化学方程式为________________________________。
【解析】
(1)净化过程加双氧水的目的是将Fe2+氧化成Fe3+,便于除去铁元素。
(2)根据题表中数据可知,控制pH范围为3.7~5.6,可以使Fe3+沉淀完全,而Co2+不沉淀。
(3)根据工艺流程简图可知,加入NH4HCO3溶液,Co2+转化为CoCO3,离子方程式为2HC
+Co2+
CoCO3↓+CO2↑+H2O。
(4)实验室洗涤过滤得到CoCO3沉淀的操作为向过滤器中注入蒸馏水,没过沉淀,待液体滤出,重复操作2~3次。
(5)CoCO3焙烧时转化为Co2O3,化学方程式为4CoCO3+O2
2Co2O3+4CO2。
答案:
(1)将Fe2+氧化成Fe3+
(2)3.7~5.6
(3)2HC
+Co2+
CoCO3↓+CO2↑+H2O
(4)向过滤器中注入蒸馏水,没过沉淀,待液体滤出后,重复操作2~3次
(5)4CoCO3+O2
2Co2O3+4CO2
6.(2019·卫辉模拟)硫酸镍是一种重要的化工中间体,是镍行业研究的热点。
一种以石油化工中废镍催化剂(主要成分为NiCO3和SiO2,含少量Fe2O3、Cr2O3)为原料制备硫酸镍的工业流程如下:
已知:
①NiS、Ni(OH)2、Cr(OH)3均难溶于水,Cr(OH)3是两性氢氧化物,过量的氢氧化钠与氢氧化铬反应生成偏铬酸钠。
②Fe(OH)3不溶于NH4Cl-氨水的混合液,Ni(OH)2溶于NH4Cl-氨水的混合液生成[Ni(NH3)6]2+。
③离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全。
请回答下列问题:
(1)“酸溶”时应先将废镍催化剂粉碎,再与20%硫酸在100℃下反应2小时,该操作的目的为________________________________。
(2)“滤渣Ⅰ”主要成分在工业上的用途为__________________(写1种即可),NH4Cl的电子式为__________________。
(3)“一次碱析”时,加入的NaOH溶液需过量,则含铬微粒发生反应的离子方程式为__________________________________________。
(4)“氨解”的目的为________________________________, “净化”时加入的H2S的目的是将镍元素转化为NiS沉淀,对应的离子方程式为______________
____________________________。
(5)“氧化”时发生反应的离子方程式为 ______________________。
(6)“二次碱析”时,若使溶液中的Ni2+沉淀完全,则需维持c(OH-)不低于________。
(已知Ni(OH)2的Ksp=2×10-15,
≈1.4)。
(7)工业上利用电解法处理含氯化镍的酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。
下列说法不正确的是________。
已知:
①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解;
②氧化性:
Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)。
A.碳棒上发生的电极反应:
4OH--4e-
O2↑+2H2O
B.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH
D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变
【解析】
(1)“酸溶”时应先将废镍催化剂粉碎,再与20%硫酸在100℃下反应2小时,是为了增大接触面积,加快反应速率,提高镍元素的浸出率。
(2)二氧化硅不溶于稀硫酸,则“滤渣Ⅰ”主要成分是二氧化硅,二氧化硅主要应用于制玻璃或制光导纤维;NH4Cl中既含离子键又含共价键,是离子化合物,电子式为[
H]+
]-。
(3)根据信息可知,Cr(OH)3是两性氢氧化物,性质类似于氢氧化铝,铬离子与少量氢氧化钠反应生成氢氧化铬,若氢氧化钠过量,则过量的氢氧化钠与氢氧化铬继续反应生成偏铬酸钠,Cr3++4OH-
Cr
+2H2O。
(4)废镍催化剂中的铁元素在“一次碱析”时转化为氢氧化铁,由于Fe(OH)3不溶于NH4Cl-氨水的混合液,Ni(OH)2溶于NH4Cl-氨水的混合液生成
]2+,则“氨解”的目的是实现镍元素和铁元素的分离;“净化”时加入H2S,H2S与
]2+发生反应生成NiS沉淀,离子方程式为[Ni(NH3)6]2++H2S
NiS↓+2N
+4NH3↑。
(5)“氧化”时发生的反应是稀硝酸和NiS的反应,根据流程图反应生成S,则稀硝酸中的氮元素由+5价降低到+2价生成NO,NiS中的硫元素由-2价升高到0价生成硫单质,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,反应的离子方程式为3NiS+8H++2N
3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O。
(6)氢氧化镍中存在溶解平衡,Ksp=c(Ni2+)c2(OH-)。
根据信息离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全,则2×10-15=10-5×c2(OH-),c(OH-)=1.4×10-5mol·L-1。
(7)由图知,碳棒与电源正极相连是电解池的阳极,电极反应为4OH--4e-
2H2O+O2↑,A正确;镀镍铁棒与电源负极相连是电解池的阴极,电极反应为Ni2++2e-
Ni,电解过程中为平衡A、C中的电荷,A中的Na+和C中的Cl-分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中,这使B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,B错误;因Ni2+在弱酸性溶液中易发生水解;氧化性Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度),为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH,C正确;若将图中阳离子膜去掉,由于放电顺序Cl->OH-,则Cl-移向阳极放电:
2Cl--2e-
Cl2↑,电解反应总方程式会发生改变,D正确。
答案:
(1)加快反应速率,提高镍元素的浸出率
(2)制玻璃或制光导纤维 [
H]+
]-
(3)Cr3++4OH-
Cr
+2H2O
(4)实现镍元素和铁元素的分离
[Ni(NH3)6]2++H2S
NiS↓+2N
+4NH3↑
(5)3NiS+8H++2N
3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O (6)1.4×10-5mol·L-1 (7)B
7.(2020·广州模拟)As2O3在医药、电子等领域有重要应用。
某含砷元素(As)的工业废水经如下流程转化为粗As2O3。
图1
(1)“碱浸”的离子方程式________________________________。
(任写一个)
(2)通入氧气的作用________________________________。
(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(AsO4)3OH沉淀,发生的主要反应:
a.Ca(OH)2(s)
Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH<0
b.5Ca2++OH-+3As
Ca5(AsO4)3OH ΔH>0
研究表明:
“沉砷”的最佳温度是85℃。
高于85℃后,随温度升高,沉淀率下降,其原因是____________________________________________________。
(4)“还原”过程反应的化学方程式是________________________________。
(5)“还原”后加热溶液,H3AsO3分解为As2O3,同时结晶得到粗As2O3。
As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。
为了提高粗As2O3的沉淀率,“结晶”过程进行的操作是________。
(6)下列说法中,正确的是________(填字母)。
a.粗As2O3中含有CaSO4
b.工业生产中,滤液2可循环使用,提高砷的回收率
c.通过先“沉砷”后“酸化”的顺序,可以达到富集砷元素的目的
【解析】由流程图可知,向工业废水中加入氢氧化钠碱浸,H3AsO4、H3AsO3与氢氧化钠溶液反应生成Na3AsO4、Na3AsO3,向Na3AsO4和Na3AsO3的混合溶液中通入氧气,氧气将Na3AsO3氧化为Na3AsO4,再加入石灰乳沉砷得到Ca5(AsO4)3OH沉淀,用稀硫酸溶解沉淀,生成H3AsO4溶液和硫酸钙沉淀,过滤,向H3AsO4溶液中通入二氧化硫,二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3,加热H3AsO3溶液,H3AsO3分解为As2O3,加入浓度约为7mol·L-1的硫酸,冷却至25℃,过滤,得粗As2O3。
(1)H3AsO4与氢氧化钠反应转化为Na3AsO4反应的化学方程式H3AsO4+3NaOH
Na3AsO4+3H2O;
(2)向Na3AsO4和Na3AsO3的混合溶液中通入氧气,氧气将Na3AsO3氧化为Na3AsO4;
(3)反应a为放热反应,升高温度,反应a平衡逆向移动,c(Ca2+)下降,反应b平衡逆向移动,Ca5(AsO4)3OH沉淀率下降;
(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3,自身被氧化生成硫酸,反应为H3AsO4+H2O+SO2
H3AsO3+H2SO4;
(5)由图2可知,硫酸浓度约为7mol·L-1,25℃时As2O3的沉淀率最大,易于分离,故为了提高粗As2O3的沉淀率,调硫酸浓度约为7mol·L-1,冷却至25℃,过滤;
(6)a、钙离子未充分除去,粗As2O3中含有CaSO4,正确;b、滤液2为硫酸,可循环使用,提高砷的回收率,正确;
c、通过先“沉砷”后“酸化”的顺序,可以达到富集砷元素的目的,正确。
答案:
(1)H3AsO4+3OH-
As
+3H2O
(2)将As
氧化生成As
(3)温度升高,反应a平衡逆向移动,c(Ca2+)下降,反应b平衡逆向移动,Ca5(AsO4)3OH沉淀率下降
(4)H3AsO4+H2O+SO2
H3AsO3+H2SO4
(5)调硫酸浓度约为7mol·L-1,冷却至25℃,过滤 (6)abc
8.工业利用精炼镁渣(含有MgO、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2、FeCl3等杂质)回收MgCl2的工业流程如下,根据流程图回答问题:
已知:
25℃时有关物质的溶度积如下:
物质
CaCO3
MgCO3
BaCO3
Mg(OH)2
Fe(OH)3
Ksp
4.96×
10-9
6.82×
10-6
5.1×
10-9
5.61×
10-12
2.64×
10-38
(1)写出溶解时的离子方程式 ________________________________;
(2)溶解时温度不能太高,也不宜太低,要求控制在35℃左右,其理由是__
________________________________________;
(3)操作Ⅰ中,需要在HCl气流中加热蒸发,冷却结晶,其原因为____________,
最后过滤,洗涤,烘干。
烘干时需要减压烘干,原因是______________________;
(4)为减少Na2CO3的用量和提高产品质量,在中和工序(中和后溶液接近中性)结束前要检验溶液中是否存在________离子,选择检验该离子的原因是______
__________________________;
(5)母液的主要成分为______________________________________。
【解析】
(1)镁渣用盐酸溶解时,主要是里面的MgO和盐酸发生反应,形成含镁盐的溶液,反应方程式为MgO+2H+
H2O+Mg2+。
(2)用盐酸溶解镁渣时,盐酸易挥发,要防止挥发,同时又要保持适当的反应速率,溶解时温度太低,反应速率过慢,温度太高,HCl会挥发。
(3)操作Ⅰ主要是从溶液中获得MgCl2·6H2O晶体,要防止Mg2+水解,同时又要防止结晶水合物MgCl2·6H2O失去结晶水,所以要用降温结晶的方法,同时烘干的温度不能太高。
(4)在中和工序中要将Ba2+、Ca2+、Fe3+尽可能除去,而BaCO3溶解度仅小于MgCO3的溶解度,而大于其他物质的溶解度,当Ba2+除尽时,就可以推断Ca2+、Fe3+已经除尽。
(5)镁渣用盐酸溶解后,再除去Ba2+、Ca2+、Fe3+后,碳酸钠中的钠离子及原溶液中的钾离子仍然在溶液中,另外还有少部分未析出的氯化镁,所以溶液中主要留下了KCl、NaCl和MgCl2。
答案:
(1)MgO+2H+
H2O+Mg2+
(2)溶解时温度太低,反应速率过慢,温度太高,HCl会挥发 (3)抑制Mg2+水解 降低烘干时的温度,防止MgCl2·6H2O分解
(4)Ba2+ BaCO3溶解度仅小于MgCO3的溶解度,而大于其他物质的溶解度,Ba2+可除尽时,其他杂质已除尽 (5)KCl、NaCl和MgCl2
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